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供应真空镀膜机配件陶瓷底座弹簧三角片膜厚仪配套晶控探头晶片稳定器
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种类光学加工定制是制作工艺陶瓷品牌JJK型号SH0.55\'\'输出信号数字型材质陶瓷材料晶体结构多晶
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我公司是专业的晶振片生产商，引进美国的技术工艺和设备，月产量达20万片。产品主要出口台湾、美国、英国、德国、意大利。&一﹑晶振片的种类晶振片的电极对膜厚监控至关重要，目前，市场上提供三种标准电极材料：金、银和合金。&金是***广泛使用的传统材料，它具有低接触电阻，高化学温定性，易于沉积。金***适合于低应力材料，如金，银，铜的膜厚控制。用镀金晶振片监控以上产品，即使频率飘移1MHz，也没有负作用。然而，金电极不易弯曲，会将应力从膜层转移到石英基片上。转移的压力会使晶振片跳频和严重影响质量和稳定性。&&银是接近完美的电极材料，有非常低的接触电阻和优良的塑变性。然而，银容易硫化，硫化后的银接触电阻高，降低晶振片上膜层的牢固性。&&银铝合金晶振片***近推出一种新型电极材料，适合高应力膜料的镀膜监控，如Si0，Si02，&MgF2，Ti02。这些高应力膜层，由于高张力或堆积的引力，经常会使晶振片有不稳定，高应力会使基片变形而导致跳频。&银铝合金通过塑变或流变分散应力，在张力或应力使基体变形前，银铝电极已经释放了这些应力。这使银铝合金晶振片具有更长时间，更稳定的振动。实验室的实验表明镀Si02用&银铝合金晶振片比镀金寿命长400%。&晶振片的电极根据其外观形状分为单锚﹑双锚﹑全双锚，目前使用较多的为双锚电极晶振片。&二﹑如何选用***合适的晶振片？&镀膜科技日新月异，对于镀膜工程师来说，如何根据不同的镀膜工艺选择的晶振片确实不易。下面建议供大家参考：&1）镀低应力膜料时，选择镀金晶振片&***常见的镀膜是镀Al、Au、Ag、Cu，这些膜层几乎没有应力，在室温下镀膜即可。膜层较软，易划伤，但不会裂开或对基底产生负作用。建议使用镀金晶振片用于上述镀膜，经验证明，可以在镀金晶振片镀60000埃金和50000埃银的厚度。&2）使用镀银或银铝合金镀高应力膜层&Ni、Cr、Mo、Zr、Ni-Cr、Ti、不锈钢这些材料容易产生高应力，膜层容易从晶体基片上剥落或裂开，以致出现速率的突然跳跃或一系列速率的突然不规则正负变动。有时，这些情况可以容忍，但在一些情况下，会对蒸发源的功率控制有不良作用。&3）使用银铝合金晶振片镀介质光学膜&MgF2、SiO2、Al2O3、TiO2膜料由于良好的光学透明区域或折射率特性，被广泛用于光学镀膜，但这些膜料也是***难监控的，只有基底温度大于200度时，这些膜层才会与基底有非常良好的结合力，所以当这些膜料镀在水冷的基底晶振片上，在膜层凝结过程会产生巨大的应力，容易使晶振片在1000埃以内就回失效。&这时候，选用合金晶振片将是的选择，将大大减少调频机会。实验室显示，使用合金晶振片监视氟化镁，有效寿命比镀金的长100%。如果把冷却水的温度从20度提高到50&度，晶振片的寿命更可以再延长一倍。&三﹑晶振片的安装及注意事项与技巧&随着镀膜规格指标的需求日益严格，单靠光控已经难以达到要求，晶振控制成为镀膜必备的辅助或控制方法﹐如何正确有效地使用晶振片成为保证镀膜质量的重点。所以为了使晶振片寿命***长，下面一些方法和技巧供您参考：1.&总是用摄子来挟住晶振片的边缘，不要碰晶振片中心，因为晶振片振动的活跃中心，任何灰层，油污都会降低晶振片的振动能力。新的晶振片使用之前应在酒精(分析纯即可)中浸泡1分钟左右，之后用塑料镊子夹取并用无尘纸或洁净的绸布将酒精擦拭干净，同时用蘸有酒精的无尘纸或绸布将晶振座擦拭干净，组装晶振片之前用吹气球将晶振片、晶振座及探头的接触弹簧上可能残留的灰尘、纸屑等吹掉﹐晶振片装好后再一次用吹气球吹晶振片的表面，去除散落的灰尘。切记不要用手指直接接触晶振片以免留下油渍。&2.&保持晶振片的清洁。不要让镀膜材料的粉末接触晶振片的前后中心位置。任何晶体和夹具之间的颗粒或灰层将影响电子接触，而且会产生应力点，从而改变晶体振动的模式。&3&.晶振座经过多次镀膜后其表面会沉积较厚的膜，如果不将其除去，由于离子轰击产生的反溅射会影响晶振片的测试精度。可以先用喷砂或用打砂纸方法将膜层除去，之后用酒精浸泡5分钟左右，如果能用超声波振荡清洗一下，效果会更好，***后再将其放入110℃烤箱中烘烤15分钟，即可使用。&4.&保持足够的冷却水使晶振头温度在20-50度。&如果可以将温度误差保持在1-2度范围内，效果更佳。&四﹑晶振片使用维护&晶振片要不要换主要看下方面：&1.&&ACT大小，一般以大于400为标准﹔&2.&&Life大小，分增加与减小情况且与所镀产品有关，使用寿命是否到了，一般的使用寿命从99%左右用到90-92%就该换了；&3&.&Rate&DEV大于10%左右就要换，蒸发速率出现明显异常，此时也该换；&4&.&表面质量，晶振片的表面明显出现膜脱落或起皮的现象也要换。&5.&晶振片的灵敏度随着质量的增加而降低，这样在使用石英晶体监控法（晶控法）进行镀膜控制时会导致随着晶振片的Life降低而出现镀膜曲线向长波.&五、晶振片的包装、运输、储存注意事项&1．晶振片一般采用方盒（5枚/盒）和圆盒（10枚/盒）包装。&2．包装盒为无尘防静电包装，防止静电吸附灰尘影响使用。&3．包装盒必须采用真空包装，防止受潮。&4．打开包装后，尽量长时间避免暴露在空气中。银及银铝合金晶振片易硫化。&5．运输过程中，箱内海棉衬托，箱外要贴有“易碎”字样的标签，防止破损。&6．一般储存环境为：温度为22-28度；湿度为30-50%的干燥箱内。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&嘉兴晶控电子有限公司&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&业务部&吴方明&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&电话：2&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&邮箱：
供应商信息
嘉兴晶控电子有限公司在2004年1月年成立于浙江嘉兴，是一家集研发，生产，销售为一体的石英晶控片(晶振片)和石英晶体微天平的专业制造商。公司开始专注石英晶控片基片的研发与生产，并于2005年下半年开始大量供应于美国市场。2008年开始公司决心自创品牌JJK，并巨资引进美国的镀膜设备和技术工艺，生产石英晶控片成品，以一流的技术、一流的团队、一流的基片，精心打造国内晶控片品牌，走向国内市场。
为满足国内市场各种型号、规格晶控仪对晶振片的差异化需求，JJK精心设计和制造了多种不同规格的晶振片(5/6Mhz,金、银、合金三种电极材料),规格齐全.更重要的是，JJK晶振片性能的稳定性和可靠性与进口晶振片已无差距，可重复使用次数也达到了进口晶振片的水平。至2010年底，我们的客户达到400多家，产品广泛应用于真空镀膜、半导体（LED）行业，医疗、军事、航天等研究机构，远销美国、新加坡、德国、日本等海外市场，并受到业界的一致认可。
嘉兴晶控电子有限公司（JJK）位于长三角经济***发达四城市（上海、杭州、苏州、宁波）的中心——浙江省嘉兴市，是一家集研发、生产、销售为一体的石英晶控片专业制造商，其石英晶控片基片占据全球市场20%以上的份额。JJK从2002年开始专注于石英晶控片的研发和生产，并于2004年开始成为美国一家著名的晶控片生产企业的基片供应商，积累了丰富的技术经验和市场资源。2008年JJK决心自创品牌，从美国引进先进的镀膜设备，以一流的技术、一流的团队，凭借一流的基片，精心打造国内晶控片品牌。为满足国内市场各种品牌、各种规格晶控仪对晶控片的差异化需求，JJK精心设计和制造了多种不同规格的晶控片。至今，JJK晶控片不仅品种规格齐全，更重要的是，JJK晶控片物理性能的稳定可靠性与进口晶控片没有任何差距，可重复使用次数也达到了进口晶控片的水准。
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三坐标测量机培训教程
三坐标测量机基础 培训教程
无锡职业技术学院 2008 年 6 月
机械设计、制造及检测是机械工程领域的三大技术支柱及研究内容。随着计 算 机辅助技术的发展，计算机辅助设计、制造及检测的应用日益普及，尤其是 计算机 辅助设计和制造技术，在目前的机械类课程教学中起到越来越重要的作 用。
随着我国机械工业的迅速发展和市场竞争的日益激烈，计算机辅助检测技术 作 为提高产品质量的重要手段以及逆向工程技术的发展，也日渐形成为一门独 立的学 科获得了迅速的发展。在工业应用上，各种计算机辅助检测工艺及系统 推陈出新。 除传统的三坐标测量机外，近几年发展起来许多新的检测工艺如激 光扫描测量、影 像测量、照相测量等等。检测设备除传统的台式机外，还涌现 了关节臂式、手持式 等测量设备。而目前高校机械工程教学中对检测领域的教 学还仅限于传统的工具阶 段，虽有“互换性及技术测量基础”，“几何量精度 设计与检测”，“形状与位置 公差”等与检测相关的课程，但这些课程的教学 还局限于传统的游标卡尺、千分 尺、水平仪等简单检测工具的教学。对基于计 算机辅助检测技术的新一代高精度、 高柔性、数字化的检测原理及工业应用领 域几乎没有涉及。显然这是今后机械和仪 器仪表类课程教学和改革中必须加强 的内容，以提高学生的实际动手能力和适应社 会需要的能力。 本校本教程过小容负责编辑整理，在编写过程中得到了三坐标测量机生产厂 家其他有关高等院校和职业技术学院的大力支持与帮助，同时还参阅了几十种相 关的书籍及其他文章资料，谨在此予以致谢。由于编者的水平所限，书中难免存 在着缺点或疏漏，恳请批评指正。
第一章 计算机辅助检测技术概论
1.1 计算机辅助检测的基本概念 1.2 计算机辅助检测技术与系统 1.3 三坐标测量机 1.4 计算机辅助检测技术的应用 1.5 计算机辅助检测技术的发展趋势 1.6 标准球定义与检验 1.7 几何元素构造
第二章 三坐标测 量 软件MWorks-DMIS简介
2.1 2.2 2.3 2.4 MWorks-DMIS 软件的主要功能特性 MWorks-DMIS 软件的安装与启动 MWorks-DMIS 软件的用户界面 软件的环境、视图与窗口
第三章 三坐标测量机测头系统配置
3.1 分步式配置测头系统 3.2 向导式创建测头系统
第四章 三坐标测量机坐标系的建立与变换
4.1 坐标系的建立 4.2 坐标系的旋转、平移、清零与转换 4.3 坐标系的存储、调用与删除
第五章 零件几何特征的测量
5.1 点 线 面测量 5.2 圆 圆柱 圆锥的测量 5.3 球 椭圆的测量 5.4 曲线 曲面的测量 5.6 点云与数模对比测量
几何特征的构造
6.2 平分 6.3 拟合 6.4 投影 6.5 相切到 6.6 相切过 6.7 垂直过 6.8 平行过 6.9 移位
第七章 零件的公差分析
7.1 尺寸公差 7.2 形状公差 7.3 定位公差 7.4 定向公差 7.5 跳动公差 7.6 截面绑定 7.7 数模对比设置
三坐标测量机的测量文件
8.1 测量文件的存储与调用 8.2 测量文件的编辑与修改 8.3 测量文件的重复执行 8.4 CAD 模型的输入输出
第一章 计算机辅助检测技术概论
1.1 计算机辅助检测的基本概念
在传统的机械检测领域，游标卡尺、千分尺、螺旋测微仪等工具是手工检测机械零件或装 配件的主要工具。这种检测方式的优点是成本低、检测方便、易学易用，但缺点是检测精度不 高、检测效率低、对于复杂零件的检测无能为力。 自上世纪七十年代以来，计算机辅助工程技术获得了迅猛的发展。在机械工程领域，计算 机辅助工程在设计、加工、分析、检测以及制造过程管理方面都获得了广泛的应用，形成了一 系列的新兴学科，如计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助分析 （CAE）、计算机辅助检测（ CAI）、产品数据管理（PDM）等等。 计算机辅助检测是综合 利用机电技术、计算机技术、控制及软件技术而发展起来的一项新技术，其特点是测量精度 高、测量柔性好、测量效率较高，尤其是对复杂零件的检测，更是传 统测量方法所无法比拟 的。 经过近几十年的发展，计算机辅助检测系统已经发生了很大的变化。从测量原理上来看， 计算机辅助检测技术已经由当初的接触式测量扩展到非接触以及复合式测量。测量的设备也由 当初唯一的三坐标测量机扩展到目前的 激光测量仪、影像（视频）测量仪、照相（摄影）测量 仪等检测工艺比较丰富的产品系列。 顾名思义，接触式测量仪就是指测量器具通过与被测工件的表面接触获取物体表面的坐标 信息。接触式测量的典型产品是三坐标测量机。 非接触式测量是指利用工业 CCD 镜头或激光对物体表面进行测量从而获得物体三维坐标 信息的测量工具。目前此类系统主要有激光测量仪、影像（视频）测量仪、照相（摄影）测量 仪等。 复合式测量则是指在同一个测量工具上集成了两种以上的测量方式，如接触式的探针测头 和影像测量或激光测量。
1.2 计算机辅助检测技术与系统
1.2.1 接触式测量系统
接触式测量是指在测量过程中测量工具与被测工件表面直接接触而获得测点位置信息的测 量方法。目前常用的接触测量方法包括：三坐标测量机、关节臂式柔性三坐标测量机等。 不同的接触式测量方法具有不同的测量原理。对于三坐标测量机而言，测量机是由三个带 有光栅尺的坐标轴组成，当测头在测量过程中移动时，附着在光栅尺上的读书头可以读出移动 的光栅格数，由软件将走过的光栅格数根据光栅的分辨率记录并转化为长度值，然后由数据处 理软件进行相应的数学运算，求出被测点的位置以及被测几何元素的参数，如圆的半径、直径 和圆心位置等。图 1-1 给出了工业用三坐标测量机的结构示意图。 对于柔性关节臂三坐标测量机而言，机器的定位采用的是圆光栅，机器的任一关节旋转 时，可以根据球坐标系算出测针当前的空间位置。机器通过数据采集卡将空间位置信息传出， 然后由数据处理软件进行处理。
图 1-1 三坐标测量机
1.2.2 非接触式测量系统
非接触式测量是指在测量过程中测量工具与被测工件表面不发生直接接触而获得测点信息 的测量方法。目前常用的非接触测量方法包括：激光扫描、影像测量、照相测量和工业 CT 扫 描等。下面简单介绍一下常用的几种工艺方法。
1.2.2.1 激光扫描测量
激光扫描测量系统是近二十年来发展起来的一项新的测量工艺，它利用三角测量法的原 理，可以迅速获取物体表面的三维几何信息。三角测量法有被动三角测量和主动三角测量两 种，被动三角测量法假设物体自发光；相反，主动三角测量法则是用激光照亮目标。 三角测量的基本原理是由半导体激光器发出的激光通过聚光透镜在被测曲面上结成光点并 反射，光敏元件(如PSD)接收其散射光，根据其在PSD 上的位置，即可测出被测点的空间坐 标。图1-2给出了被动三角法的测量原理。
图 1-2 三角法测量原理 激光扫描可以根据激光光源的不同可以分为点扫描和线扫描两种。一般点扫描获取点的速 度在每秒几十点以上。而线扫描可根据线宽，得到从一万到几万的扫描采点速度。 根据激光扫描系统的机械结构，激光扫描可分为台式、关节臂式以及手持式三种。台式激 光扫描系统与三坐标测量的机械结构类似，有工作台、XYZ 坐标轴、光栅尺、运动导轨等，有 些测量系统还增加了旋转台，从而使系统的扫描功能获得进一步的增强。图 1-3 给出了一种台 式和关节臂式激光扫描仪的示意图。
a. 台式激光扫描系统
b. 关节臂式激光扫描系统
图 1-3 激光扫描系统示意图
关节臂式激光扫描系统是在关节臂式测量系统的基础上增加激光扫描测头而形成的。关节 臂式测量机，又称柔性测量臂，由于机器操作比较灵活，目前在工程上已经广泛应用，如对汽 车和飞机内部的测量，生产现场的测量等等。 关节臂式激光扫描系统目前以 5、6、7 个自由度的设备最多。
1.2.2.2 图像测量
图像测量又称 CCD 测量、影像测量或视频测量。它通过工业 CCD 镜头对物体表面扫描和 光电转换功能将空间的光强分布转换为时序的图像信号，并根据确定的时空参数间的相互关系 获得物体空间分布的状态数据。图 1-4 给出了一个完整的 CCD 图像测量系统。
图 1-4 影象测量系统示意图
1.2.2.3 照相（摄影）测量
照相（摄影）测量是指利用相机对物体多个角度测量得到图像信息，再根据空间物体投影 的原理，利用物体表面的标志点信息对物体进行三维空间位置的反算，进而求出物体表面标志 点的三维信息。图 1-5 给出照相测量的原理图。
首先利用相机对物体表面进行 拍摄，从不同角度拍出若干照片。
由软件计算出每张照片中的摄 像机的位置。
软件再由每个照片位置计算出三 维空间中的光线交叉。
通过使用多个照片，可以获得整 个物体的全部情况。
图 1-5 照相测量原理示意图 照相测量在大地、建筑、空间测量中比较普及，在机械测量行业中的应用尚不普遍。近几 年来，基于照相测量的技术发展很快，除国际上一些知名的产品外，国内也已经发展起来。
1.2.3 复合式测量系统
复合式测量系统是指在同一个测量系统上集成两个以上的测量工艺或方法，常见的复合式 测量机有三坐标测量机与激光扫描的集成、三坐标测量机与图像测量的集成，以及上述三种测 量工艺的集成等。 复合式测量系统的优点是利用同一台测量机，可以测量一个零件的不同特征，从而使测量 的结果更准确，效率更高，并节约机器的购置成本。比如，对于既有复杂曲面又有典型几何元 素形状的机械零件来说，利用三坐标的接触式测量方法和激光测量方法就可以取得较好的测量 效果。而对于一些大量以平面特征为主的零部件来说，图像测量与三坐标的配合则效果会更 好。
1.3 三坐标测量机
1.3.1 三坐标测量机的发展及工作原理
一、三坐标测量机的产生 三坐标测量机（Coordinate Measurement Machine，简称 CMM）,又称三坐标测量仪，是 20 世纪 60 年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。它的出现，一方面是由于自动机 床、数控机床高效率加工以及越来越多复杂形状零件加工需要有快速可靠的测量设备与之配 套；另一方面是由于计算机技术、数字控制技术以及精密加工技术的发展为三坐标测量机的产 生提供了技术基础。1960 年，英国 FERRANTI 公司研制成功世界上第一台三坐标测量机，到 20 世纪 60 年代末，已有近十个国家的三十多家公司在生产三坐标测量机，不过这一时期的三 坐 标测量机尚处于技术的发展阶段。进入 20 世纪 80 年代后，以海克斯康、德国蔡氏、英国 LK、 日本三丰等为代表的众多公司不断采用新的检测技术，推出新的产品，使得三坐标测量机 的发 展速度加快。现代三坐标测量机不仅能在计算机控制下完成各种复杂测量，而且可以通过 与数 控机床交换信息，实现对加工的控制，并且还可以根据测量数据，实现逆向工程。目前， 三坐 标测量机已广泛应用于机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天工业和国防工业等各 部 门，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的精密测量设备。 二、三坐标测量机的组成及工作原理 （一）三坐标测量机的组成 三坐标测量机是典型的机电一体化设备，它由机械系统、测 头系统、电气系统、以及计算机和软件四大部分组成。 （1）机械系统：一般由三个正交的直线运动轴构成。如图 1-6 所示结构中，X 向导轨系 统装在工作台上，移动桥架横梁是 Y 向导轨系统，Z 向导轨系统装在中央滑架内。三个方向 轴 上均装有光栅尺用以度量各轴位移值。 （2）电气系统：除机械系统外，三坐标测量系统中的光栅尺、光栅读数头、数据采集 卡、自动系统的运动控制卡、接口箱、电缆线、电机等构成了三坐标测量机的电气系统。 （3）测头系统：测头系统是三坐标测量机的数据采集器，其作用是获取当前坐标位置的 信息。测头系统按其组成有两类：机械式测头和电气式测头两种。
（4）计算机和软件系统：一般由计算机、数据处理软件系统组成，用于获得被测点的坐 标数据，并对数据进行计算处理。
6 Y 3 2 4 X 5
1―工作平台
2―移动桥架
图 1-6 三坐标测量机的组成原理 3―中央滑架 4―Z 轴 5―测头
6―电气和软件系统
（二）三坐标测量机的工作原理 三坐标测量机是基于坐标测量的通用化数字测量设备。 它首先将各被测几何元素的测量转 化为对这些几何元素上一些点集坐标位置的测量，在测得这些点的坐标位置后，再根据这些点 的空间坐标值，经过数学运算求出其尺寸和形位误差。如图 1-7 所示，要测量工件上一圆柱孔 的直径，可以在垂直于孔轴线的截面 I 内，触测内孔壁上三个点（点 1、2、3），则根据这三 点的坐标值就可计算出孔的直径及圆心坐标 OI；如果在该截面内触测更多的点（点 1，2，?， n，n 为测点数），则可根据最小二乘法或最小条件法计算出该截面圆的圆度误差；如果对多个 垂直于孔轴线的截面圆（I，II，?，m，m 为测量的截面圆数）进行测量，则根据测得点的坐 标值可计算出孔的圆柱度误差以及各截面圆的圆心坐标，再根据各圆心坐标值又可计算出孔轴 线位置；如果再在孔端面 A 上触测三点，则可计算出孔轴线对端面的位置度误差。由此可见， 三坐标测量机的这一工作原理使得其具有很大的通用性与柔性。从原理上说，它可以测量任何 工件的任何几何元素的任何参数。
A 1 I OI 2 O X Y 3
图 1-7 坐标测量原理
三、三坐标测量机的分类 （一）按三坐标测量机的技术水平分类 1．数字显示及打印型 这类三坐标测量机主要用于几何尺寸测量，可显示并打印出测得点 的坐标数据，但要获得所需的几何尺寸形位误差，还需进行人工运算，其技术水平较低， 目前已基本被陶汰。 2．带有计算机进行数据处理型 这类三坐标测量机技术水平略高，目前应用较多。其测量 仍为手动或机动，但用计算机处理测量数据，可完成诸如工件安装倾斜的自动校正计算、 坐标变换、孔心距计算、偏差值计算 等数据处理工作。 3．计算机数字控制型 这类三坐标测量机技术水平较高，可像数控机床一样，按照编 制好的程序自动测量。 （二）按三坐标测量机的测量范围分类 1．小型坐标测量机 这类三坐标测量机在其最长一个坐标轴方向（一般为 X 轴方向）上的测量范围小于500mm， 主要用于小型精密模具、工具和刀具等的测量。 2．中型坐标测量机 这类三坐标测量机在其最长一个坐标轴方向上的测量范围为 500～2000mm，是应用最多的 机型，主要用于箱体、模具类零件的测量。 3．大型坐标测量机 这类三坐标测量机在其最长一个坐标轴方向上的测量范围大于 2000mm，主要用于汽车与发 动机外壳、航空发动机叶片等大型零件的测量。 （三）按三坐标测量机的精度分类 1．精密型三坐标测量机 －6 其单轴最大测量不确定度小于 1×10 L（L 为最大量程，单位为 mm），空间最大测量不确 －6 定度小于（2～3）×10 L，一般放在具有恒温条件的计量室内，用于精密测量。 2．中、低精度三坐标测量机 －4 低精度三坐标测量机的单轴最大测量不确定度大体在 1×10 L 左右，空间最大测量不确 －4 －5 定度为（2～3）×10 L，中等精度三坐标测量机的单轴最大测量不确定度约为 1×10 L，空 －5 间最大测量不确定度为（2～3）×10 L。这类三坐标测量机一般放在生产车间内，用于生产 过程检测。 （四）按三坐标测量机的结构形式分类 按照结构形式，三坐标测量机可分为移动桥式、 固定桥式、龙门式、悬臂式、立柱式等，见下节。
1.3.2 三坐标测量机的机械结构
一、结构形式 三坐标测量机是由三个正交的直线运动轴构成的，这三个坐标轴的相互配置位 置（即总体 结构形式）对测量机的精度以及对被测工件的适用性影响较大。图 1-8 是目前常见的几种三坐 标测量机结构形式，下面对其结构特点和应用范围作简要介绍。 图 1-8a 为移动桥式结构，它是目前应用最广泛的一种结构形式，其结构简单，敞开性 好，工件安装在固定工作台上，承载能力强。但这种结构的 X 向驱动位于桥框一侧，桥框移动 时易产生绕 Z 轴偏摆，而该结构的 X 向标尺也位于桥框一侧，在 Y 向存在较大的阿贝臂，这种 偏摆会引起较大的阿贝误差，因而该结构主要用于中等精度的中小机型。 图 1-8b 为固定桥式结构，其桥框固定不动，X 向标尺和驱动机构可安装在工作台下方中 部，阿贝臂及工作台绕 Z 轴偏摆小，其主要部件的运动稳定性好，运动误差小，适用于高精度 测量，但工作台负载能力小，结构敞开性不好，主要用于高精度的中小机型。 图 1-8c 为中心门移动式结构，结构比较复杂，敞开性一般，兼具移动桥式结构承载能力 强和固定桥式结构精度高的优点，适用于高精度、中型尺寸以下机型。 图 1-8d 为龙门式结构，它与移动桥式结构的主要区别是它的移动部分只是横梁，移动部 分质量小，整个结构刚性好，三个坐标测量范围较大时也可保证测量精度，适用于大机型，缺
点是立柱限制了工件装卸，单侧驱动时仍会带来较大的阿贝误差，而双侧驱动方式在技术上较 为复杂，只有 Y 向跨距很大、对精度要求较高的大型测量机才采用。 图 1-8e 为悬臂式结构，结构简单，具有很好的敞开性，但当滑架在悬臂上作 Y 向运动 时，会使悬臂的变形发生变化，故测量精度不高，一般用于测量精度要求不太高的小型测量 机。
(a) Z X Y X Z
Z Z Z X X Y X Y
(a) 移动桥式 (b)固定桥式 (c)中心门移动式 (d) 龙门式 (e)悬臂式 (f) 单柱移动式 (g) 单柱固定式 (h) 横臂立柱式 (i) 横臂工作台移动式
图 1-8 三坐标测量机的结构形式
图 1-8f 为单柱移动式结构，也称为仪器台式结构，它是在工具显微镜的结构基础上发展 起来的。其优点是操作方便、测量精度高，但结构复杂，测量范围小，适用于高精度的小型数 控机型。 图 1-8g 为单柱固定式结构，它是在坐标镗的基础上发展起来的。其结构牢靠、敞开性较 好，但工件的重量对工作台运动有影响，同时两维平动工作台行程不可能太大，因此仅用于测 量精度中等的中小型测量机。 图 1-8h 为横臂立柱式结构，也称为水平臂式结构，在汽车工业中有广泛应用。其结构简 单、敞开性好，尺寸也可以较大，但因横臂前后伸出时会产生较大变形，故测量精度不高，用 于中、大型机型。 图 1-8i 为横臂工作台移动式结构，其敞开性较好，横臂部件质量较小，但工作台承载有 限，在两个方向上运动范围较小，适用于中等精度的中小机型。
二、工作台 早期的三坐标测量机的工作台一般是由铸铁或铸钢制成的，但近年来，各生产厂 家已广泛采用花岗岩来制造工作台，这是因为花岗岩变形小、稳定性好、耐磨损、不生 锈，且价格低 廉、易于加工。有些测量机装有可升降的工作台，以扩大 Z 轴的测量范 围，还有些测量机备有 旋转工作台，以扩大测量功能。 三、导轨 导轨是测量机的导向装置，直接影响测量机的精度，因而要求其具有较高的直线 性精度。在三坐标测量机上使用的导轨有滑动导轨、滚动导轨和气浮导轨，但常用的 为滑动导轨和 气浮导轨，滚动导轨应用较少，因为滚动导轨的耐磨性较差，刚度也 较滑动导轨低。在早期的 三坐标测量机中，许多机型采用的是滑动导轨。滑动导轨 精度高，承载能力强，但摩擦阻力大，易磨损，低速运行时易产生爬行，也不易在高 速下运行，有逐步被气浮导轨取代的趋势。目前，多数三坐标测量机已采用空气静压 导轨（又称为气浮导轨、气垫导轨），它具有许多优 点，如制造简单、精度高、摩 擦力极小、工作平稳等。
6 5 4 A A 3 2
图 1-9 三坐标测量机气浮导轨的结构 2―气垫 3― 滚轮 4― 压缩弹簧 5―导向块
图 1-9 给出的是一移动桥式结构三坐标测量机气浮导轨的结构示意图，其结构中有六个气 垫 2（水平面四个，侧面两个），使得整个桥架浮起。滚轮 3 受压缩弹簧 4 的压力作用而与导 向块 5 紧贴，由弹簧力保证气垫在工作状态下与导轨导向面之间的间隙。当桥架 6 移动时，若 产生扭动，则使气垫与导轨面之间的间隙量发生变化，其压力也随之变化，从而造成瞬时的不 平衡状态，但在弹簧力的作用下会重新达到平衡，使之稳定地保持 10μ m 的间隙量，以保证桥 架的运动精度。气浮导轨的进气压力一般为 3～6 个大气压，要求有稳压装置。 气浮技术的发展使三坐标测量机在加工周期和精度方面均有很大的突破。目前不少生产厂 在寻找高强度轻型材料作为导轨材料，有些生产厂已选用陶瓷或高膜量型的碳素纤维作为移动 桥架和横梁上运动部件的材料。另外，为了加速热传导，减少热变形， ZEISS 公司采用带涂层 的抗时效合金来制造导轨，使其时效变形极小且使其各部分的温度更加趋于均匀一致，从而使 整机的测量精度得到了提高，而对环境温度的要求却又可以放宽些。
1.3.3 三坐标测量机的测量系统
三坐标测量机的测量系统由标尺系统和测头系统构成，它们是三坐标测量机的关键组成部 分，决定着三坐标测量机测量精度的高低。 一、标尺系统 标尺系统是用来度量各轴的坐标数值的，目前三坐标测量机上使用的标尺系统 种类很多，它们与在各种机床和仪器上使用的标尺系统大致相同，按其性质可以分为机械 式标尺系统（如精密丝杠加微分鼓轮，精密齿条及齿轮，滚动直尺）、光学式标尺系统 （如光学读数刻线尺， 光学编码器，光栅，激光干涉仪）和电气式标尺系统（如感应同 步器，磁栅）。根据对国内外 生产三坐标测量机所使用的标尺系统的统计分析可知，使 用最多的是光栅，其次是感应同步器 和光学编码器。有些高精度三坐标测量机的标尺系
统采用了激光干涉仪。 二、测头系统 （一）测头 三坐标测量机是用测头来拾取信号的，因而测头的性能直接影响测量精度和 测量效率，没有先进的测头就无法充分发挥测量机的功能。在三坐标测量机上使用的测 头，按结构原理可分 为机械式、光学式和电气式等；而按测量方法又可分为接触式和非 接触式两类。 1． 机械接触式测头 机械接触式测头为刚性测头，根据其触测部位的形状，可以分为圆 锥形测头、圆柱形测头、球形测头、半圆形测头、点测头、V 型块测头等（如图 1-10 所 示）。这类测头的形状简 单，制造容易，但是测量力的大小取决于操作者的经验和技 能，因此测量精度差、效率低。目 前除少数手动测量机还采用此种测头外，绝大多数 测量机已不再使用这类测头。
(a) (a) 圆锥形测头
(d) (c) 球形测头
(e) (d) 半圆形测头 (e) 点测头
(f) (f) V 型块测头
(b) 圆柱形测头
图 1-10 机械接触式测头
2．电气接触式测头 电气接触式测头目前已为绝大部分坐标测量机所采用，按其工作原 理可分为动态测头和静态测头。 （1）动态测头 0 常用动态测头的结构如图 1-11 所示。测杆安装在芯体上，而芯体则通过三个沿圆周 120 分布的钢球安放在三对触点上，当测杆没有受到测量力时，芯体上的钢球与三对触点均保持接 触，当测杆的球状端部与工件接触时，不论受到 X、Y、Z 哪个方向的接触力，至少会引起一个 钢球与触点脱离接触，从而引起电路的断开，产生阶跃信号，直接或通过计算机控制采样电 路，将沿三个轴方向的坐标数据送至存储器，供数据处理用。 可见，测头是在触测工件表面的运动过程中，瞬间进行测量采样的，故称为动态测头， 也称为触发式测头。动态测头结构简单、成本低，可用于高速测量，但精度稍低，而且动态测 头不能以接触状态停留在工件表面，因而只能对工件表面作离散的逐点测量，不能作连续的扫 描测量。目前，绝大多数生产厂选用英国 RENISHAW 公司生产的触发式测头。
图 1-11 电气式动态测头 2―芯体 3―测杆 4―钢球
（2）静态测头 静态测头除具备触发式测头的触发采样功能外，还相当于一台超小型三坐 标测量机。测头中有三维几何量传感器，在测头与工件表面接触时，在 X、Y、Z 三个方向 均有相应的位移量输 出，从而驱动伺服系统进行自动调整，使测头停在规定的位移量 上，在测头接近静止的状态下 采集三维坐标数据，故称为静态测头。静态测头沿工件表 面移动时，可始终保持接触状态，进 行扫描测量，因而也称为扫描测头。其主要特点是 精度高，可以作连续扫描，但制造技术难度 大，采样速度慢，价格昂贵，适合于高精度 测量机使用。目前由 LEITZ、ZEISS 和 KERRY 等厂 家生产的静态测头均采用电感式位移传 感器，此时也将静态测头称为三向电感测头。图 1-12 为 ZEISS 公司生产的双片簧层叠式 三维电感测头的结构。 测头采用三层片簧导轨形式，三个方向共有三层，每层由两个片簧悬吊。转接座 17 借助 两个 X 向片簧 16 构成的平行四边形机构可作 X 向运动。该平行四边形机构固定在由 Y 向片簧 1 构成的平行四边形机构的下方，借助片簧 1，转接座可作 Y 向运动。Y 向平行四边形机构固定 在由 Z 向片簧 3 构成的平行四边形机构的下方，依靠它的片簧，转接座可作 Z 向运动。为了增 强片簧的刚度和稳定性，片簧中间为金属夹板。为保证测量灵敏、精确，片簧不能太厚，一般 取 0.1mm。由于 Z 向导轨是水平安装，故用三组弹簧 2、14、15 加以平衡。可调弹簧 14 的上方 有一螺纹调节机构，通过平衡力调节微电机 10 转动平衡力调节螺杆 11，使平衡力调节螺母套 13 产生升降来自动调整平衡力的大小。为了减小 Z 向弹簧片受剪切力而产生变位，设置了弹簧 2 和 15，分别用于平衡测头 Y 向和 X 向部件的自重。 在每一层导轨中各设置有三个部件：①锁 紧机构：如图 1-12b 所示，在其定位块 24 上有一凹槽，与锁紧杠杆 22 上的锁紧钢球 23 精确配 合，以确定导轨的“零位”。在需打开时，可 让电机 20 反转一角度，则此时该向导轨处于自 由状态。需锁紧时，再使电机正转一角度即 可。②位移传感器：用以测量位移量的大小，如图 1-12c 所示，在两层导轨上，一面固定磁芯27，另一面固定线圈 26 和线圈支架 25。③阻尼机 构：用以减小高分辨率测量时外界振动的影 响。如图 1-12d 所示，在作相对运动的上阻尼支架 28 和下阻尼支架 31 上各固定阻尼片 29 和30，在两阻尼片间形成毛细间隙，中间放入粘性硅 油，使两层导轨在运动时，产生阻尼力，避 免由于片簧机构过于灵敏而产生振荡。 该测头加力机构工作原理如图 1-12a 所示，其中 X 向加力机构和 Y 向加力机构相同（图中 只表示出了 X 向）。X 向加力机构是利用电磁铁 6 推动杠杆 5，使其绕十字片簧 8 的回转中心 转动而推动中间传力杆 7 围绕波纹管 4 组成的多向回转中心旋转，由于中间传力杆与转接座 17 用片簧相连，因而推动测头在 X 方向“预偏置”。Z 向加力机构是利用电磁铁 9 产生的，当电 磁铁作用时，在 Z 向产生的上升或下降会通过顶杆 12 推动被悬挂的 Z 向的活动导轨板，从而 推动测头在 Z 方向“预偏置”。
（3）光学测头 在多数情况下，光学测头与被测物体没有机械接触，这种非接触式测量 具有一些突出优点，主要体现在：1）由于不存在测量力，因而适合于测量各种软的和 薄的工件；2）由于是非 接触测量，可以对工件表面进行快速扫描测量；3）多数光学 测头具有比较大的量程，这是一 般接触式测头难以达到的；4）可以探测工件上一般机 械测头难以探测到的部位。近年来，光 学测头发展较快，目前在坐标测量机上应用的 光学测头的种类也较多，如三角法测头、激光聚 集测头、光纤测头、体视式三维测 头、接触式光栅测头等。下面简要介绍一下三角法测头的工 作原理。如图 1-13 所示， 由激光器 2 发出的光，经聚光镜 3 形成很细的平行光束，照射到被测工 件 4 上（工件 表面反射回来的光可能是镜面反射光，也可能是漫反射光，三角法测头是利用漫 反射 光进行探测的），其漫反射回来的光经成像镜 5 在光电检测器 1 上成像。照明光轴与成 像光轴间有一夹角，称为三角成像角。当被测表面处于不同位置时，漫反射光斑按照一 定三角关系成像于光电检测器件的不同位置，从而探测出被测表面的位置。这种测头的 突出优点是工作 距离大，在离工件表面很远的地方（如 40mm～100mm）也可对工件进行 测量，且测头的测量范 围也较大（如±5mm～±10mm）。不过三角法测头的测量精度不 是很高，其测量不确定度大致 在几十至几百微米左右。
9 10 11 20 21 22 23 24
5 4 13 3 2 1 14 15 16
12 (b 25 26 27 (c 28 X 17 Z (a 18 (d 29 30 31
图 1-12 加力式三向电感测头 (a)总体结构 (b)锁紧机构 (c)位移传感器 (d)阻尼机构 1―Y 向片簧 2―平衡弹簧 3―Z 向片簧 4―波纹管 5―杠杆 6―电磁铁 7―中间传力杆 8―十字片簧 9―电磁铁 10―平衡力调节微电机 11―平衡力调节螺杆 12―顶杆 13―平衡力调节螺母套 14―平衡弹簧 15―平衡弹簧 16―X 向片簧 17―转接座 18―测杆 19―拔销 20―电机 21―弹簧 22―杠杆 23―锁紧钢球 24―定位块 25―线圈支架 26―线圈 27―磁芯 28―上阻尼支架 29―阻尼片 30―阻尼片 31―下阻尼支架
1―光电检测器
图 1-13 激光非接触式测头工作原理 2―激光器 3―聚光镜 4―工件
（二）测头附件 为了扩大测头功能、提高测量效率以及探测各种零件的不同部位，常需 为测头配置各种附 件，如测端、探针、连接器、测头回转附件等。 1．测端 对于接触式测头，测端是与被测工件表面直接接触的部分。对于不同形状的表面 需要采用 不同的测端。图 1-14 为一些常见的测端形状。 图 1-14a 为球形测端，是最常用的测端。它具有制造简单、便于从各个方向触测工件表 面、接触变形小等优点。 图 1-14b 为盘形测端，用于测量狭槽的深度和直径。 图 1-14c 为尖锥形测端，用于测量凹槽、凹坑、螺纹底部和其它一些细微部位。 图 1-14d 为半球形测端，其直径较大，用于测量粗糙表面。 图 1-14e 为圆柱形测端，用于测量螺纹外径和薄板。
(a) (a)球形测端
(b) (b)盘形测端
(c) (c)尖锥形测端
(d) (d)半球形测端
(e) (e)圆柱形测端
图 1-14 测端的形状
2．探针 探针是指可更换的测杆。在有些情况下，为了便于测量，需选用不同的探针。探 针对测量能力和测量精度有较大影响，在选用时应注意：1）在满足测量要求的前提下， 探针应尽量 短；2）探针直径必须小于测端直径，在不发生干涉条件下，应尽量选大直径 探针；3）在需要 长探针时，可选用硬质合金探针，以提高刚度。若需要特别长的探针，可选用质量较轻的陶瓷 探针。 3．连接器 为了将探针连接到测头上、测头连接到回转体上或测量机主轴上，需采用各种 连接器。常用的有星形探针连接器、连接轴、星形测头座等。
图 1-15 为星形测头座示意图，其上可以安装若干不同的测头，并通过测头座连接到测量 机主轴上。测量时，根据需要可由不同的测头交替工作。
2 6 1 1―星形测头座 2―测头 3―回转接头座 7 4―测头 5―星形探针连接器 6―测头 7―测头
图 1-15 激光非接触式测头工作原理
4．回转附件 对于有些工件表面的检测，比如一些倾斜表面、整体叶轮叶片表面等，仅用 与工作台垂直的探针探测将无法完成要求的测量，这时就需要借助一定的回转附件，使探 针或整个测头回转 一定角度再进行测量，从而扩大测头的功能。常用的回转附件为如图 1-16a 所示的测头回转体。它可以绕水平轴 A 和垂直轴 B 回转，在 它的回转机构中有精密 的分度机构，其分度原理类似于多齿分度盘。在静盘中有 48 根沿圆周 均匀分布的圆柱， o 而在动盘中有与之相应的 48 个钢球，从而可实现以 7.5 为步距的转位。它 绕垂直轴的转 o o o 动范围为 360 ，共 48 个位置，绕水平轴的转动范围为 0 ～105 ，共 15 个位置。 由于在绕 o 水平轴转角为 0 （即测头垂直向下）时，绕垂直轴转动不改变测端位置，这样测端在 空 间一共可有 48×14＋1＝673 个位置。能使测头改变姿态，以扩展从各个方向接近工件的 能 力。目前在测量机上使用较多的测头回转体为 RENISHAW 公司生产的各种测头回转体， 图 1-16b 为其实物照片。
图 1-16 可分度测头回转体 (a) 二维测头回转体示意图 (b) PH10M 测头回转体实物照片 1―测头 2―测头回转体
三坐标测量机的控制系统
一、控制系统的功能 控制系统是三坐标测量机的关键组成部分之一。其主要功能是：读取空 间坐标值，控制测量瞄准系统对测头信号进行实时响应与处理，控制机械系统实现测量所 必需的运动，实时监控 坐标测量机的状态以保障整个系统的安全性与可靠性等。 二、控制系统的结构 按自动化程度分类，坐标测量机分为手动型、机动型和 CNC 型。早期的坐标测量机以手 动型和机动型为主，其测量是由操作者直接手动或通过操纵杆完成各个点的采样，然后在计算 机中进行数据处理。随着计算机技术及数控技术的发展，CNC 型控制系统变得日益普及，它是 通过程序来控制坐标测量机自动进给和进行数据采样，同时在计算机中完成数据处理。 1．手动型与机动型控制系统 这类控制系统结构简单，操作方便，价格低廉，在车间中应 用较广。这两类坐标测量机的标尺系统通常为光栅，测头一般采用触发式测头。其工作过 程是：每当触发式测头接触工件 时，测头发出触发信号，通过测头控制接口向 CPU 发出 一个中断信号，CPU 则执行相应的中 断服务程序，实时地读出计数接口单元的数值，计 算出相应的空间长度，形成采样坐标值 X、 Y 和 Z，并将其送入采样数据缓冲区，供后续 的数据处理使用。 2．CNC 型控制系统 CNC 型控制系统的测量进给是计算机控制的。它可以通过程序对测量机各轴的运动进行控 制以及对测量机运行状态进行实时监测，从而实现自动测量。另外，它也可以通过操纵杆进行 手工测量。CNC 型控制系统又可分为集中控制与分布控制两类。 （1）集中控制 集中控制由一个主 CPU 实现监测与坐标值的采样，完成主计算机命令的接收、解释与执 行、状态信息及数据的回送与实时显示、控制命令的键盘输入及安全监测等任务。它的运动控 制是由一个独立模块完成的，该模块是一个相对独立的计算机系统，完成单轴的伺服控制、三 轴联动以及运动状态的监测。从功能上看，运动控制 CPU 既要完成数字调节器的运算，又要 进行插补运算，运算量大，其实时性与测量进给速度取决于 CPU 的速度。 （2）分布式控制 分布式控制是指系统中使用多个 CPU，每个 CPU 完成特定的控制，同时这些 CPU 协调工 作，共同完成测量任务，因而速度快，提高了控制系统的实时性。另外，分布式控制的特点是 多 CPU 并行处理，由于它是单元式的，故维修方便、便于扩充。如要增加一个转台只需在系 统中再扩充一个单轴控制单元，并定义它在总线上的地址和增加相应的软件就可以了。 三、测量进给控制 手动型以外的坐标测量机是通过操纵杆或 CNC 程序对伺服电机进行速度控制，以此来控 制测头和测量工作台按设定的轨迹作相对运动，从而实现对工件的测量。三坐标测量机的测量 进给与数控机床的加工进给基本相同，但其对运动精度、运动平稳性及响应速度的要求更高。 三坐标测量机的运动控制包括单轴伺服控制和多轴联动控制。单轴伺服控制较为简单，各轴的 运动控制由各自的单轴伺服控制器完成。但当要求测头在三维空间按预定的轨迹相对于工件运 动时，则需要 CPU 控制三轴按一定的算法联动来实现测头的空间运动，这样的控制由上述单 轴伺服控制及插补器共同完成。在三坐标测量机控制系统中，插补器由 CPU 程序控制来实 现。根据设定的轨迹，CPU 不断地向三轴伺服控制系统提供坐标轴的位置命令，单轴伺服控制 系统则不断地跟踪，从而使测头一步一步地从起始点向终点运动。 四、控制系统的通信 控制系统的通信包括内通信和外通信。内通信是指主计算机与控制系统 两者之间相互传送命令、参数、状态与数据等，这些是通过联接主计算机与控制系统的通 信总线实现的。外通信
则是指当三坐标测量机作为 FMS 系统或 CIMS 系统中的组成部分时，控制系统与其它设备间 的通信。目前用于坐标测量机通信的主要有串行 RS－232 标准与并行 IEEE－488 标准。
1.3.5 三坐标测量机的软件系统
现代三坐标测量机都配备有计算机，由计算机进行数据采集，通过运算输出所需的测量结 果。其软件系统功能的强弱直接影响到测量机的功能。因此各坐标测量机生产厂家都非常重视 软件系统的研究与开发，在这方面投入的人力和财力的比例在不断增加。下面对在三坐标测量 机中使用的软件作简要介绍。 一、通用测量软件 为了使三坐标测量机能实现自动测量，需要事前编制好相应的测量程序。 而这些测量程序的编制有以下几种方式。 （一）图示及窗口编程方式 图示及窗口编程是最简单的方式，它是通过图形菜单选择被 测元素，建立坐标系，并通过“窗口”提示选择操作过程及输入参数，编制测量程序。该 方式仅适用于比较简单的单项几何 元素测量的程序编制。 （二）自学习编程方式 这种编程方式是在 CNC 测量机上，由操作者引导测量过程，并键入相应指令，直到完成 测量，而由计算机自动记录下操作者手动操作的过程及相关信息，并自动生成相应的测量程 序，若要重复测量同种零件，只需调用该测量程序，便可自动完成以前记录的全部测量过程。 该方式适合于批量检测，也属于比较简单的编程方式。 （三）脱机编程 这种方式是采用三坐标测量机生产厂家提供的专用测量机语言在其它通 用计算机上预先编制好测量程序，它与坐标测量机的开启无关。编制好程序后再到测量机 上试运行，若发现错误 则进行修改。其优点是能解决很复杂的测量工作，缺点是容易出 错。 （四）自动编程 在计算机集成制造系统中，通常由 CAD/CAM 系统自动生成测量程序。三坐标测量机一方 面读取由 CAD 系统生成的设计图纸数据文件，自动构造虚拟工件，另一方面接受由 CAM 加 工出的实际工件，并根据虚拟工件自动生成测量路径，实现无人自动测量。这一过程中的测量 程序是完全由系统自动生成的。 二、专用测量软件 专用测量软件包可含有许多种类的数据处理程序，以满足各种工程需要。 一般将三坐标测量机的测量软件包分为通用测量软件包和专用测量软件包。通用测量软件 包主要是指针对点、 线、面、圆、圆柱、圆锥、球等基本几何元素及其形位误差、相互 关系进行测量的软件包。通 常各三坐标测量机都配置有这类软件包。专用测量软件包是 指坐标测量机生产厂家为了提高对 一些特定测量对象进行测量的测量效率和测量精度而 开发的各类测量软件包。如有不少三坐标 测量机配备有针对齿轮、凸轮与凸轮轴、螺 纹、曲线、曲面等常见零件和表面测量的专用测量 软件包。在有的测量机中，还配备有 测量汽车车身、发动机叶片等零件的专用测量软件包。 三、系统调试软件 用于调试测量机及其控制系统，一般 具有以下软件： （1）自检及故障分析软件包：用于检查系统故障并自动显示故障类别； （2）误差补偿软件包：用于对三坐标测量机的几何误差进行检测，在三坐标测量机工作 时，按检测结果对测量机误差进行修正； （3）系统参数识别及控制参数优化软件包：用于三坐标测量机控制系统的总调试，并生 成具有优化参数的用户运行文件； （4）精度测试及验收测量软件包：用于按验收标准测量检具。
1.4 计算机辅助检测技术的应用
计算机辅助检测技术的应用十分普遍。从应用领域来讲，主要有质量控制和逆向工程两个 方面。
1.4.1 质量控制
计算机辅助检测技术最早是随着产品质量控制的要求逐步发展起来的。因此，它的自然应 用领域首先是在产品的质量控制上。 在早期的机械零部件生产中，一般使用简易的测量仪器进行产品质量的检验，比如游标卡 尺、千分尺等。但随着机械零件的复杂化，尤其是汽车和航空工业的发展，传统的机械检测手 段已经难以满足检测要求，三坐标测量机应运而生。 在现代制造行业中，大多数产品都是按照 CAD 数学模型在数控加工机床上制造出来的。要 了解它与原 CAD 数学模型相比，确定其在加工制造过程中产生的误差，就需要使用三坐标测量 机进行测量。在三坐标测量机的软件系统中可以用图形方式显示原 CAD 数学模型，再按照可视 化方式从图形上确定被测点，得到被测点的 X、Y、Z 坐标值及法向矢量，便可生成自动测量程 序。三坐标测量机可按法线方向对工件进行精确测量，获得准确的坐标测量结果，也可与原 CAD 数学模型进行比较并以图形方式显示，生成坐标检测报告（包括文本报告和图表报告）， 全过程直观快捷，而用传统的检测方法则无法完成。 通过三坐标测量机可实现对基本几何元素的测量以及复杂曲线、曲面等的测量：产品基本 几何元素（例如：点、线、面、圆、椭圆、圆柱、圆锥、孔系等）、形位误差（平面度、平行 度、垂直度、跳动等）、复杂产品轮廓曲面等测量与评定（曲线、曲面等）、特殊测量要求 （齿轮测量等）。 三坐标测量机的使用在早期主要是在工厂的计量室，一般是在产品加工完 成后，在计量室内对产品的尺寸进行检验。 为了保证机器的精度，一般三坐标测量机都会放 置在恒温环境下的洁净房间内，由专门的技术人员进行操作和维护。 随着在线检测的需要， 目前已经有相当数量的三坐标在生产现场使用。在线检测可以大大提高检测的效率，缩短产品 的生产和检验周期，因此获得了广泛的应用，尤其是需要进行大量 检验的产品。
1.4.2 逆向工程
1.4.2.1 逆向工程产生的背景：
逆向工程的产生最早起源于汽车油泥模型的数字化。由于汽车外形的复杂性，汽车设计人 员一般在产品的概念设计阶段采用油泥模型设计。在产品的外观设计定型后，再使用三坐标测 量机器将油泥模型数字化。然后再利用 CAD 软件设计出汽车外形的 CAD 模型。 由于逆向工程技术在新产品开发中起着十分重要的作用，自上世纪九十年代以来，有关逆 向工程的研究越来越受到政府、企业和个人的关注。目前逆向工程技术已经形成为一个相对独 立的研究领域，并与 CAD/CAM/CAE/CAI/RP 等技术紧密联系起来，成为现代机械设计和加工检 测的一个不可分割的组成部分。
1.4.2.2 逆向工程技术概念及实现的手段：
（1）逆向工程的概念：逆向工程（Reverse Engineering，RE）是从实物样本获取产品数 学模型并制造得到新产品的相关技术，已经成为 CAD/CAM 系统中一个研究和应用热点，并发展 成为一个相对独立的领域。在这一意义下，“实物逆向工程”（简称逆向工程）可定义为：将 实物转变为 CAD 模型的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称。 （2）逆向工程体现了产品的再设计过程：仿制、仿造已经成为我国一部分企业的固定生 产方式，针对市场热门产品的仿造品屡见不鲜，逆向工程的广泛应用在其中起到了不可忽视的 作用。于是，经常有人将逆向工程和非法仿制联系在一起，甚至提出了知识产权保护等法律层 面的问题。实际上，逆向工程代表了一种非常高效的产品设计思路和方法。在国外，逆向工程 已经作为一种先进的设计方法被引入到新产品的设计开发工作中。我国也有大量企业应用逆向
工程技术，对竞争对手的产品进行改进，以避开艰苦的原型设计阶段，这是一种产品的再设计 过程。所谓产品再设计，就是通过观察和测试某一种产品，对其进行初始化，然后拆开产品， 逐一分析单个零件的组成、功能、装配公差和制造过程。这些工作的目的就是要充分理解产品 的制造过程，并以此为基础在子系统和零件层面上，优化设计出一种更好的产品。美国的许多 职业院校开设了逆向工程课程，教授学生用再设计代替原型设计，作为解决设计问题的一种方 法。近年来，在汽车、电子产品等领域人们越来越多地采用逆向工程技术，来部分替代使用多 年的原型设计方法。三坐标扫描测量机机作为数字化的测量设备，通过曲线和曲面的测量可获 取工件表面的三维坐标数据，再利用逆向工程 CAD 技术获得产品的 CAD 数学模型，进而利用 CAM 系统完成产品的制造。逆向工程技术用先进的计算机数字图形技术表达复杂的工件形状， 可取代以实物为基础的传统的外形传递方法，缩短产品的开发试制周期，降低成本。逆向工程 技术是根据已经存在的产品模型或样品，经过三坐标扫描测量机对各项几何尺寸和曲面的测 量，反向推出产品设计数据（数字模型或设计图纸）的过程。因此利用逆向工程技术，就可以 根据客户提供的样件很方便地制造出模具或直接加工出产品，这在模具制造、汽车、摩托车等 行业中有广泛的应用。 （3）逆向工程技术已贯穿于产品整个开发过程： 即使在产品的原创开发中，也始终贯穿 着逆向（反求）工程技术。一个产品的设计制造，不会将图纸上的设计直接转化为产品，而是 先做出样品或模形，再对所做的样品或模形进行直 接的修改至符合要求，修改后的结果数据 与原创的 CAD 数据产生了一定变化，要重新获取变 化的复杂数据很难通过人为测量手段得 到，此时就通过三坐标扫描机、测量机应用逆向（反 求）工程技术来获得最新的信息，而产 品的开发过程需要一个反复的验证过程，这就使逆向（反求）工程技术不断被应用于产品开发 过程中。 （4）运用逆向工程技术进行产品的自动质量检测：针对已获得的 CAD 生产制造出产品， 利用逆向（反求）工程技术获取得数据与原始设计 提供的 CAD 数据进行比较，来求证产品的 精度、技术指标是否符合原始设计要求。
1.4.2.3 逆向工程技术流程
逆向工程技术的流程就是针对现有工件，利用 3D 数字化测量仪器，准确快速地测量工件 的表面点数据或轮廓曲线，并加以创建曲面、分模、加工，制作所需模具；或由 CAD 系统生 成的 STL 模型文件传至快速成型机，将样品模型制作出来，直至达到满意效果。在许多逆向工 程应用实例中，并不是要完全仿制原有的产品，而只是要掌握原有的设计理念，经过调整来建 立一个类似的设计模型，因此逆向工程所涵盖的意义不只是模仿，也包括了再设计的概念，其 过程如图 1-17 所示。
1.4.2.4 逆向工程技术的应用：
（1）由于某些原因，在只有产品或产品的工装，没有图纸和 CAD 模型的情况下，却需要 对产品进行有限分析、加工、模具制造或者需要对产品进行修改等等，这时就需要利用反求工 程手段将实物转化为 CAD 模型。 （ 2）反求工程的另一类重要应用是对外形美学要求较高的零部件设计，例如在汽车的外 形设计阶段是很难用现有的 CAD 软件完成的。通常都需要制作外形的油泥模型，再用反求工 程的方法生成 CAD 模型。 （3）将反求工程和快速原型制造（RPM）相结合，组成产品设计、制造、检测、修改的 闭环系统，实现快速的测量、设计、制造、再测量修改的反复迭代，高效率完成产品的初始设 计。 （ 4）反求工程的另一个重要应用就是计算机辅助检测。企业在进行质量控制时，对于外 形复杂的产品检测往往非常困难，这时使用逆向工程的方法对产品进行测量，并把测量到的大 量数据点与理论模型进行比较，从而分析产品制造误差。 （ 5）反求工程在医学、地理信息和影视业等领域都有很广泛的应用。比如：影视特技制 作需要将演员、道具等的立体模型输入计算机，才能用动画软件对其进行三维动画特技处理。 在医学领域反求工程也有其应用价值，如人工关节模型的建立；医学假体的设计、制造；牙齿 的修改、校正等。
零件样品 3D 点数据测量 3D 点数据处理 CAD 曲面创建 曲面光顺处理
生成 NC 代码 模具 NC 加工
生成 STL 文件 快速成型
模具制造 批量制造
图 1-17 逆向工程流程图 （ 6）损坏或磨损零件的还原：当零件损坏或磨损时，可以直接采用反求工程的方法重构 出 CAD 模型，对损坏的零件表面进行还原和补修。由于被检测零件表面磨损、损坏等原因， 会造成测量误差，这就要求反求工程系统具有推理和判断能力。例如，对称性、标准尺寸、平 面间的平行和垂直等特性。最后，加工出零件。 （7）数字化模型检测：对加工后的零件，进行扫描测量，再利用反求工程法构造出 CAD 模型，通过将模型与原始设计的 CAD 模型在计算机上进行数据比较，可以检测制造误差，提 高检测精度。 （ 8）其它应用：在汽车、航天、制鞋、模具和消费性电子产品等制造行业，甚至在休闲 娱乐行业也可发现反求工程的痕迹。
1.5 计算机辅助检测技术的发展趋势
随着计算机技术、数控技术、光电技术以及检测传感技术的发展，计算机辅助检测技术的 发展呈现出日新月异的特点。从大的趋势上来说，计算机辅助检测技术的发展日益走向精度高 精密化、功能复合化、机器大型化和微型化、检测速度快、以及与加工机床日益融合化等。
1.5.1 高精度化
随着市场竞争的日益激烈，产品质量的要求越来越高，这就要求机械加工精度和检测设备 的精度日益提高，目前出现的纳米测量机就是这一发展的体现。
纵观纳米测量技术发展的历程，它的研究主要向两个方向发展：一是在传统的测量方法基 础上，应用先进的测试仪器解决应用物理和微细加工中的纳米测量问题,分析各种测试技术,提 出改进的措施或新的测试方法。 二是发展建立在新概念基础上的测量技术，利用微观物理、量子物理中最新的研究成果,将 其应用于测量系统中,它将成为未来纳米测量的发展趋向。
1.5.2 功能复合化
计算机辅助检测技术发展的第二个特点是功能复合化。目前的三坐标测量机越来越多的具 有两种以上的复合测量功能，如接触式测量与激光测量的复合，或接触式测量与影像测量的复 合，甚至还有这三种功能的复合等。 功能复合化是为了满足多种测量需要而产生的。在实际检测或逆向工作中，根据零件几何 形状的复杂程度和特点，有时需要采用不同的测量手段进行测量，以获得较好的测量结果。比 如，对于普通曲面形状，激光扫描的点采集速度就很快，效率很高。而对于需要进行精确定位 的检测来说，接触式测量则有其高精度、准确性好的特点。
1.5.3 机器巨型化和微型化
计算机辅助检测技术发展的第三个特点是机器的测量范围向巨型化和微型化两个方向发 展。随着大尺寸零件和装配件的检测要求，如汽车整车检测、工程机械检测等，都对计算机辅 助检测技术提出了新的要求，因此检测系统的尺寸也是越来越大，如目前的大三坐标测量机可 以做到十几米以上。 对于电子类产品的检测来说，由于一般的集成电路芯片都较小，因此在微型测量仪器方面 也获得了迅速的发展。影像测量的发展，明显得益于近几年电子产业的迅速发展。
1.5.4 与加工机床的集成
在不久的将来，切削加工的质量控制检测可能会以如下方式进行：当机床对工件进行切削 加工后，一束激光将对工件进行高速扫描检测，并将测得的尺寸信息下载到机床的 CNC 数控 系统，CNC 系统中联接有一个统计过程控制（SPC）软件程序，工件尺寸信息即下载到该程序 中。如果任何一个工件尺寸呈现偏离预设公差的趋势，SPC 程序将对切削程序作出必要的偏移 补偿或向操作者报警。然后 SPC 程序将向机床的 CNC 数控程序发出检查刀具的指令，以确定 刀具是否已发生崩损或过度磨损。此外，如有必要，机床加工的 SPC 数据将与一台中心计算机 共享，并可传送至整个工厂甚至几千英里以外的某地。以上过程在几秒钟之内即可完成。这种 在机质量控制检测方法将成为一种效率最高的工件检测方式。 随着在机床上引入测头用于工件位置的检测，在机质量控制技术即已发端。既然用一个测 头能够精确地确定工件在夹具中的安装位置，那么为什么不能用它来检测工件尺寸和完成一台 坐标测量机（CMM）的功能呢? 显然这一过程正是下一个可以预见的发展。
1.6 标准球定义与检验
1.6.1 测量方法
测量方法是根据给定的测量原理获得测量结果的方法。测量方法可以根据不同的测量 原理或测量方式分成不同的类别。下面接触几种常见的分类方法。 1．直接测量法与间接测量法 直接测量法就是可以直接获得被测量量值的方法，例如游标 卡尺对零件长度的测量以及千分尺 对轴直径的测量。而间接测量法则是通过测量与被测量有 函数关系的其他量，才能得到被测量值的一种方法。例 如三坐标测量、影像测量以及激光测量都是一种间接的测量方法。 2．接触测量法与非接触式测量法 接触测量法是测量器具的传感器与被测零件表面直接接触的 测量方法。常见的接触测量方法有：游标卡尺、千分尺、测针式和关节臂式三坐标测量机 等等。 接触式测量法在目前的工业应用中十分普遍。其特点是测量的可靠性高、测量精 度高、重复性好。但接触式测量的缺点是测量的接触力可能会对测量器具和零件表面（如 软性表面）造 成变形，从而影响到测量的不确定度。非接触测量法是测量器具的传感器 与被测零件的表面不直接接触的测量方法。常见的非接 触测量方法有：影像测量、激光
测量、工具显微测量等。非接触测量的优点是测量传感器不与 被测物体表面接触，对被 测零件表面不会构成任何损伤，比较适合于复杂曲面以及软性表面零 件的测量。三坐标 测量是典型的接触式测量和间接测量的例子。三坐标测量是在给定的测量空间内获 取零 件表面坐标信息的一种方法，即将物体表面形状信息数字化，也称“采样”。这些采样值 都是离散的空间点坐标信息，而不是具体的几何特征的尺寸、位置等信息。而测量程序则 通过 对一系列的测量点进行处理，提取相应的几何特征量值，从而获得所需的测量结 果。
1.6.2 测头校验的原理
三坐标测量机在开始工作以前，需要对测头系统进行标定。测头系统的标定包括了标 准球（又称基准球）的定义与检验、测针的定义与校验两部分。 标准球一般是由精确度很高的 合金球，其主要作用是作为标定测针时的尺寸参考。 三坐标测量机在进行测量工作前要进行测头校正，这是进行测量前必须要做的一个非 常 重要的工作步骤，因为测头校正中的误差将加入到以后的零件测量中。 一、校正测头的原因 校正测头主要有两个原因：为了得到测针的红宝石球的补偿直径和 不同测针位置与第一个测针位置之间的关系0。 坐标测量机在进行测量时，是用测针的宝 石球接触被测零件的测量部位， 此时测头(传感器)发出触测信号，该信号进入计数系统 后，将此刻的光栅计数器锁存并送往计算机，工作中 的测量软件就收到一个由 X、Y、Z 坐标表示的点。这个坐标点我们可以理解为是测针宝石球中 心的坐标，它与我们真正需 要的测针宝石球与工件接触点相差一个宝石球半径。为了准确计算 出我们所要的接触点 坐标，必须通过测头校正得到测针宝石球的半/直径。在实际测量工作中，零件是不能随 意搬动和翻转的，为了便于测量，需要根据实际情况选 择测头位置和长度、形状不同的 测针(星形、柱形、针形)。为了使这些不同的测头位置、不同 的测针所测量的元素能够 直接进行计算，要把它们之间的关系测量出来，在计算时进行换算。 所以需要进行测头 校正。 二、测头校正的原理 测头校正主要使用标准球进行。标准球的直径在 10mm 至 50mm 之间，其直径和形状误差经 过校准(厂家配置的标准球均有校准证书)。 测头校正前需要对测头进行定义，根据测量软件要求，选择(输入)测座、测头、加长杆、 测针、标准球直径(是标准球校准后的实际直径值)等(有的软件要输入测针到测座中心距离)， 同时要分别定义能够区别其不同角度、位置或长度的测头编号。 用手动、操纵杆、自动方式在标准球的最大范围内触测 5 点以上(一般推荐在 7～11 点)， 点的分布要均匀。 计算机软件在收到这些点后(宝石球中心坐标 X、Y、Z 值)，进行球的拟合计算，得出拟合 球的球心坐标、直径和形状误差。将拟合球的直径减去标准球的直径，就得出校正后测针宝石 球“直径”(确切的讲应该是“校正值”或“校正直径”)。 当其他不同角度、位置或不同长度的测针按照以上方法校正后，由各拟合球中心点坐标差 别，就得出各测头之间的位置关系，由软件生成测头关系矩阵。当我们使用不同角度、位置和 长度的测针测量同一个零件不同部位的元素时，测量软件都把它们转换到同一个测头号(通常 是 1 号测头)上，就象一个测头测量的一样。凡是在经过在同一标准球上(未更换位置的)校正 的测头，都能准确实现这种自动转换。图 1-18 给出了这种补偿的示意图。
图 1-18 测球补偿原理示意图 三、 校正测头要注意的问题 测针校正后的“校正直径”小于名义值，不会影响测量机的 测量精度。相反，还会对触测 的延时和测针的变形起到补偿的作用，因为我们在测量机测量过程中测量软件对测针宝石球半 径的修正(把测针宝石球中心点的坐标换算到触测点的坐标)，使用的是“校正直径”而不是名 义直径。在进行测头校正时，应该注意以下问题： （1）测座、测头(传感器)、加长杆、测针、标准球要安装可靠、牢固，不能松动，有间 隙。检查了安装的测针、标准球是否牢固后，要擦拭测针和标准球上的手印和污渍，保持测针 和标准球清洁。 （2）校正测头时，测量速度应与测量时的速度一致。注意观察校正后测针的直径(是否与 以前同样长度时的校正结果有大偏差)和校正时的形状误差。如果有很大变化，则要查找原因 或清洁标准球和测针。重复进行 2 至 3 次校正，观察其结果的重复程度。检查了测头、测针、 标准球是否安装牢固，同时也检查了机器的工作状态。 （3）当需要进行多个测头角度、位置或不同测针长度的测头校正时，校正后一定要检查 校正效果(准确性)。方法是：全部定义的测头校正后，使用测球功能，用校正后的全部测头依 次测量标准球，观察球心坐标的变化，如果有 1 至 2 个微米变化，是正常的。如果变化比较 大，则要检查测座、测头、加长杆、测针、标准球的安装是否有牢固，这是造成这种现象的重 要原因。 （4）更换测(不同的软件方法不同)，因为测针长度是测头自动校正的重要参数，如果出 现错误，会造成测针的非正常碰撞，轻者碰坏测针，重则造成测头损坏。一定要注意。 （5）正确输入标准球直径。从以上所述的校正测头的原理中可以得知，标准球直径值直接 影响测针宝石球直径的校正值。虽然这是一个“小概率事件”，但是对初学者来说，这是 可 能发生的。 测头校正是测量过程中的重要环节，在校正中产生的误差将加入到测量结 果中，尤其是使用组 合测头(多测头角度、位置和测针长度)时，校正的准确性特别重要。 当发现问题再重新检查测 头校正的效果，会浪费宝贵的时间和增加大量的工作量。
本章思考题
1． 计算机辅助检测的基本概念？技术产生的社会背景？ 2． 计算机辅助检测的基本方法及其原理? 3． 三坐标测量机的主要组成部分及工作原理? 4． 计算机辅助检测的应用? 5． 逆向工程的原理及工作流程? 6． 计算机辅助检测的发展趋势?
第二章 三坐标测量及软件 MWorks-DMIS简介
2.1 MWorks-DMIS 软件的主要功能特性
2.1.1 基于三维 CAD 平台
MWorks-DMIS 软件基于国际先进的 CAD 开发平台，可以直接输入输出 CAD 数据 模 型，实时显示测量元素的几何形状，测量过程运动轨迹实时仿真，所测即所见，使计算机检 测工作变得更直观、更易于学习和使用，同时可以与 CAD/CAM/CAE 软件更好地集成。 （1）支持美国国家尺寸测量接口标准（DMIS）最新版本，为客户提供与国际接轨的零件 测量程序，学习及重复模式使用单一用户界面，测量程序的超强编辑。 （ 2）支持中国几何与公差测量的国家标准，提供近 20 种的几何公差评估方法及结果分 析，根据国际公差代码自动寻找并显示公差值。 （ 3）可以对复杂曲线和曲面进行扫描，并对测量点进行曲线拟合，提供与逆向工程软件 的接口数据，如 IGES，STEP，SAT 和 TXT 格式。 （ 4）所测即所见。实时模拟测头的运动轨迹，检测完毕后在计算机屏幕上立即画出被测 几何元素的图形和树状测量结果。图形化地进行几何元素构造，构造的几何图形可以实时在屏 幕上显示。同时实测元素可以按要求进行放大、缩小或者隐藏。 （ 5）两重工作界面，图形窗口界面和程序窗口界面，而且两者只可以互相切换；用户可 以根据自己的实际需要和使用经验灵活地选择方便的软件的界面。 （ 6 ）测量结果的多种格式输出。如： TEXT 。 EXCEL ， HTML 等，超差部分直观显示 等。 （7）基于流行的 Windows XP 编程风格。美观的软件外观及客户化选择。
2.1.2 支持国家尺寸公差标准
MWorks-DMIS 软件支持中国几何与公差测量的国家标准 ,提供近 20 种的几何公差 评估 方法及结 果分析。能 够实现基本 几何元素（ 点、线、面 、圆、椭圆 、圆柱、圆 锥、孔系 等）、形位误差（直线度、平面度、平行度、对称度、同轴度、垂直度、位置度、圆跳动 等）、复杂产品轮廓（曲线、曲面等）的测量与评定。 根据国际公差代码自动寻找并显示公差值，超差部分的直观显示以及测量结果的多种格式 输出，如 TEXT、EXCEL、HTML 等！
2.1.3 支持 DMIS 语言
MWorks-DMIS 软件支持美国国家尺寸测量接口标准（DMIS），为客户提供与国际 接轨 的零件测量程序。DMIS 是由国际计算机辅助制造公司 (CAM ―I)质量保证计划资助开发的 尺 寸测量接口规范课题。从 1985 年 2 月开始，作为尺寸测量接口规范课题，它是由尺寸测量 设备（ Dimensional Measuring Fquipment ，缩写为 DME ）供应厂商与用户联合共同开发的成 果。DMIS 的目标是提供一种数据格式，形成各类分系统之间进行数据交换的中性文件。DMIS V2.1 于 1990 年成为美国国家标准，目前 DMIS 最新版本为 V5.0。它的内容也具有检测规程和 分析检测结果的作用。由一套术语词汇表建立起一个用于检测规程和检测结果数据在中性格使 用计算机的情况下也可以编写检测程序和分析检测结果。DMIS 提供一套词汇表用来将检测规 程提供给尺寸测量设备以及将测量设备的检测结果传递给接受系统。有关 DMIS 语言的内容， 我们将在第三章详细说明。
2.1.4 测量程序的语法检验与编译系统
MWorks-DMIS 软件支持测量程序的语法检验，对测量程序进行编译、存储以及调 用.
2.2 MWorks-DMIS 软件的安装与启动
2.2.1 软、硬件配置
要运行 MWorks-DMIS 软件，起码必须具备以下的软、硬件配置： （1）操作系统为 Windows 2000 或 Windows XP。 （2）Pentium 4 或者更好的微处理器，或相应兼容的微处理器。 （3）建议使用 256MB 内存，512MB 及其以上更加。 （4）至少具有 200MB 以上的硬盘空间和足够的磁盘交换空间。 （5）Windows 支持的 800 x 600 VGA 视频彩色显示器，具有 256 种颜色；使用 1024 x 768 和独立显卡则更好。 （6）CD-ROW 驱动器，鼠标或者其他定标设备。 （7）CMM 控制板以及软件安全模块。
2.2.2 安装方法
在使用 MWorks-DMIS 软件之前，必须将其安装到计算机的硬盘中。以下是在 Windows XP 上进行单用户安装的基本过程： （1）在 CD-ROW 驱动器中插入 MWorks-DMIS 软件的 CD 盘。 （2）如果机器 Autorun（自动运行）是打开的，则插入 CD 盘后，Windows XP 将自动运 行安装程序；而如果 Autorun 是关闭的，则单击“开始”按钮，找到其中的“运行”对话框， 在弹出的“运行”对话框中指定 CD 盘符和路径名，键入 setup（例如键入 h：\ setup），然后 单击“确定”按钮来运行安装程序。 （ 3）安装程序运行后，将弹出“欢迎使用”对话框，单击“下一步”按钮，出现文件安 装位置选项，此时可以通过“浏览”按钮，将软件安装至您所想要的磁盘位置。然后再单击 “下一步”按钮，系统开始安装 MWorks-DMIS 软件并复制文件到硬盘中，直至安装结 束！ （4）在安装过程中，如果您不想继续安装，可以随时点击“取消”按钮终止安装。 （5）重新启动计算机。
2.2.3 启动与退出
MWorks-DMIS 软件安装完成后，将自动在 Windows XP 桌面上建立 MWorks-DMIS 的快捷 图标，见图 1.1 所示，并在程序文件夹中形成一个 MWorks-DMIS 软件程序组。 当要启动 MWorks-DMIS 软件时，只需双击桌面上的 MWorks-DMIS 软件快 捷图标；也 可以打开程序组，选择执行其中的 MWorks-DMIS 程序项。 当要退出 MWorks-DMIS 软件时，可打开“文件”菜单，选择执行“退出”项，或者鼠标 左键点击窗口右上角的“关闭”按钮。
2.3 MWorks-DMIS 软件的用户界面
MWorks-DMIS 软件具有一体化的测量显示环境。在一个 MWorks-DMIS 软 件测量的过 程中，用户可以实时观察到测量元素的直观显示以及测量结果的公差评估，同时对 于测量的 程序可以进行编译、修改以及存储调用等。
2.3.1 窗口的内容与布局
MWorks-DMIS 的用户界面可以显示两种形式的窗口：图形窗口和程序窗口。两种 窗口 可以随意切换。 （1）程序窗口 程序窗口主要包括零件程序区和结果输出区两个部分（见图 2-A1）。零 件 程序窗口是将当前你所有测量动作用 DMIS 语言表达出来，在这里，你可以对它进行编 辑、修 改、存储等操作。结果输出区窗口包含测量元素以及相应公差评估的详细信息，这些 信息可以
被保存为 TEXT、EXCEL、HTML 等格式或直接打印出来。测量程序记录了您在软件中的所有 操作，如果将它保存为文件，以后无论是用 MWorks-DMIS 软件还是其它公司的软件（当 然这 个软件要支持 DMIS 标准）打开这个文件，执行它就能立刻重复您以前的操作，能大大的 提 高测量效率。
图 2-A1 MWorks-DMIS 软件程序界面
（2）图形窗口 图形窗口可以显示用户测量的各种元素、实物的 CAD 模型，机器坐标 系、用户坐标系等，同时还可以对窗口中显示的图形进行缩放、旋转、平移等各项操作。当前 位置窗口所显示的是测头所处的空间位置坐标，当三坐标测量机的测头移动时，它的数值会随 之变化。一个基本的 MWorks-DMIS 软件图形界面如图 2-A2 所示。
图 2-A2 MWorks-DMIS 软件图形界面
2.3.2 菜单与工具栏
对照图 2-2，下面介绍 MWorks-DMIS 软件的标题行、菜单以及工具栏。 1.标题行 窗口的最上方为窗口的标题行。在标题行中主要包含以 下内容： （1）控制框 在标题行最左端的图标为窗口的控制框。用鼠标单击该图标或者按 Alt+空格 键，将弹出窗口控制菜单。窗口控制菜单中包含还原、移动、大小、最小化、最大化和关闭等 选项，用语控制图形窗口的大小和位置等。如果从窗口控制菜单中选择执行“最小化”命令， 则可以将图形窗口最小化缩为 Windows XP 任务栏上的图标。 （2）文件名 在标题行上，MWroks 之后显示的是版本信息以及 CMM 是否连接，如显示 CMM：OFF，则表示 CMM 未与电脑连接。 （ 3）控制按钮 在窗口标题行的最右端有三个按钮，它们从左至右分别为“最小化”按 钮、“还原”按钮和“关闭”按钮。这些按钮可以快速设置窗口的大小。例如，使窗口充满屏 幕，将窗口最小化收缩为 Windows XP 任务栏上的图标，或者直接关闭窗口退出 MWorksDMIS 软件。 2.菜单 MWorks-DMIS 软件提供菜单驱动，菜单是用户使用 MWorks-DMIS 进行测 量工作的一 个主要工具。系统提供多种菜单让用户选用，如下拉菜单、图标菜单和快捷菜单 等。 （1）下拉菜单 下拉菜单位于下拉菜单行中。下拉菜单行中包含有多个菜单名，如：文件， 测量，构造，坐标系，测头系统，公差，视图等，用鼠标单击其中的任何一个菜单名，均可以 打开一个下拉 菜单条。 通常下拉菜单中的命令选项都表示相应的 MWorks-DMIS 命令和功能，但有些选项 不仅 表示一种功能，而且还提供为执行该功能所需要的更进一步的选项。在下拉菜单条中颜色 暗淡（灰色）的选项表明在当前状态下对应的 MWroks 功能是不可执行的。有些选项右边出现 三个黑点“ …” ，说明选中该项时将会弹出下一个对话框，以提供给用户作进一步的选择。有 些选项右边带有小的右向黑三角，表明选中该项时，将会弹出可供进一步选择的子选项。有些
右边选项出现字母，这是与该选项对应的快捷键。通过按相应的快捷键，可以快速执行相应的 MWorks-DMIS 命令和功能。 下拉菜行中的菜单名以及下拉菜单条中的命令选项都定义有热键。屏幕上热键以括号内字 母标出，如：文件（ F），表明其热键字母为 F。对于菜单行中的命令热键，执行时须同时按 下 Alt 键，然后按热键字母来引出下拉菜单；对于下拉菜单条中的功能选项热键，则必须先打 开下来菜单，然后直接按热键字母来执行相应的功能。 （2）快捷菜单 当光标位于图形屏幕区域时，单击鼠标右键所显示的小型菜单称为快捷菜 单（图 2-A3）。 快捷菜单的内容随光标当前所在位置的不同而有所差异。例如，当光标放置于状态行上时，单 击鼠标右键，此时弹出的快捷菜单内容为开、关各个状态设置；当光标位于图形显示窗口中 时，单击鼠标右键显示的快捷菜单内容为机器 CAD 设置以及公差评估；当光标位于缓冲区窗 口，单击鼠标右键，此时弹出的快捷菜单内容为测头系统的相关设置。
图 2-A3 快捷菜单
3.工具栏 工具栏菜单不同于下拉菜单或快捷菜单。它显示在菜单中的内容不是以文字表示的，而是以 像素绘出的小图象，称为“图标”来表示的。它直观形象，使操作者易于理解图标的含义， 因 此被广泛用于用户交互界面技术中。图 2-A4 所示的就是一组工具栏图标。
图 2-A4 工具栏图标菜单 工具栏图标的选择操作简便直观，用户移动鼠标，将光标置于欲选择的图标按钮上，然后 按一下拾取键（即鼠标左键），则与此图标相对应的菜单命令或功能即被执行。 用户可以通过 鼠标右键单击软件窗口空白处选择调用所需要的工具条。当工具条的名称前显示有“√”时， 则表明该工具条已经被调用；如果不想使用某个工具条菜单，则只需找到其 对应的工具条名 称，将其前面的“√”除去即可，如图 2-A5 所示。
图 2-A5 显示/隐藏工具条
2.4软件的环境、视图与窗口 2.4.1 环境参数设置
用户可以直接使用环境变量菜单中的选项来控制三坐标测量机的测量参数设置。MWorksDMIS 软件环境菜单如图 2-1 所示，该菜单包含：系统参数、CMM 参数、几何算法、 扩展精 度、CAD 设置五项内容，下面我们就介绍每一项的具体内容。
一、 系统硬件配置 从“环境”下拉菜单中选择“系统硬件配置”，弹出系统硬件配置对话框如图 2-2：
图 2-1 环境菜单
图 2-2 系统硬件配置窗口
我们在硬件设备类型中用户可以选择相应的机器类型；光栅尺分辨率根据相应的机器设备 进行选择。补偿设置栏中用户可以对机器的 X、Y、Z 轴进行补偿设置，其中补偿分段点数用 户可以修改，默认为 5 段。当拥护修改补偿分段点数以后，其后面的对话框格数也就相应变为
所修改的数目。垂直度用于校正机器 X、Y、Z 三轴两两之间的夹角！“温度补偿”栏一般情 形下用户可以不用修改。最后的“修改报表信息”按钮用于修改输出报表中的客户信息如图 10 - 3 所示：
图 2-3 设置输出报表
二、 系统参数 从“环境”下拉菜单中选择“系统参数”，弹出系统参数设置窗口，如 图 2-4 所示，
图 2-4 系统参数
在系统参数设置窗口中，我们可以修改软件的测量长度单位、坐标系类型、角度表示方 法、评估数据精确到的小数点后位数以及 EXCEL 报表的格式。 附：毫米 mm 与英寸 inch 的换算：1inch = 25.4mm 角度与弧度 rad 的换算：10=π /180 rad 摄氏温度 C 与华氏温度 F 的换算：F=(9/5)×C＋32
三、 几何算法 从“环境”下拉菜单中选择“集合算法”，弹出几何算法选择对话框，如图 7 -5 所示。 使用几何算法对话框可以选择元素测量时软件的算法，共支持直线、平面、球、椭圆、圆、圆 柱、圆锥七种几何特征的算法选择。
附表： LSTSQR MINMAX
图 2-5 选择几何算法
最小二乘法 最小最大法
MAXINS MINCIR
最大内接圆法 最小外接圆法
四、 机器参数 点击“环境”下拉菜单中选择“机器参数”，弹出机器参数设置窗口，如图 2-6 所示。 使用机器参数可以设定测针回退距离，数值从 0.5mm 到 5mm 之间。
图 2-6 机器参数设置
五、 测点数量 从“环境”下拉菜单中选择“测量数量”，弹出扩展精度设置对话框，如 图 2-7 所示。 使用精度扩展选项时用户可以自定义某一具体特征测量时需要测的最小点数。例如，测量 一个 球体时，需要测的最小几何空间点数是 4 个，在这个对话框中，用户就可以自定义任何 大于 4 的测量点数以提高测量精度。
图 2-7 扩展精度窗口
对话框底部的精度扩展单选按钮是选择该功能的控制开关。 改变当前系统扩展精度的方法： ① 选择扩展精度选项。 ② 编辑测量点数。 ③ 点击“确认”按钮。 六、调用 选择 “调用” 按钮，MWorks-DMIS 将出现如图 2-8 所示的界面：
图 2-8 调用已存系统环境
从中可以选择以前保存在机器中的有关系统设置资料，点击“确定”按钮即可调用。如果 选中“取消”，MWorks-DMIS 软件程序将会退出该界面。 七、存盘 选择“环境”下拉菜单中的“存盘”选项，出现图 2-9 所示界面：
图 2-9 保存系统环境
用户可以自行选择保存的路径，点击“确定”按钮后，用户关于系统参数的有关设置将被 保存到指定文档，以后若需使用，应用“调用”按钮选择相应路径即可！ 八、删除 选择“删除”选项，弹出“删除文件”窗口（图 2-10），则可以删除以前保存的系统设 置相关文件！
图 2-10 删除系统环境文件
2.4.2 视图窗口
MWorks-DMIS 软件提供有强大的图形显示控制功能。显示控制功能用语控制 CAD 模型在 视图窗口中的显示方式。显示方式的改变只改变图形的显示尺寸，并不改变图形的实际 尺 寸，即仅仅改变了图形给人们留下的视觉效果。本节就介绍几种基本的显示控制功能。 工具条由代表 MWorks-DMIS 软件命令与功能的图标按钮组成。因此，在利用 MWorksDMIS 软件进行相关功能时，使用工具条是一种比较简便和快捷的操作方法。 MWorks-DMIS 软件含有许多工具条。如图形控制工具条、视图变换工具条、文件 工件 条、测量工具条与公差工具条等等。用户可以有选择地显示或者隐藏任何一种工具条，为 了 能获得大一点的视图空间，一般总是只显示当前常用的工具条，而把其他暂时不用的工具条 隐藏起来。
要显示或者隐藏工具条，具体做法是： 在标题栏的空白处单击鼠标右键，弹出工具条列表 框，从该列表框中单击要显示或者隐藏的工具条名称。工具条名称前的复选方框中如果带有复 选标记“√”，则表示显示该工具条， 是否将隐藏该工具条。 用户可以将工具条移动到最方便的工作位置。移动工具条的方法为： （1）将鼠标指针放置于要移动的工具条内，但注意不要置于任何按钮上； （2）按住鼠标左键并移动鼠标，将工具条拖到}